汽车零件注塑模项目设计方案.docx
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汽车零件注塑模项目设计方案
汽车零件注塑模项目设计方案
1.引言
1.概述
注射成型也称为注射模塑或注塑，是热塑性塑料的一种重要成型方法。
迄今为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以采用此成型方法；它的特点是生产周期短、生产效率高、易自动化，因此广泛应用于塑料制品的生产[1]。
目前，注射成型总的发展趋势是向精密、节能、自动化、薄壁化和微型化发展。
当今世界注射模具的基本格局是以日、美及欧洲各工业化国家作为世界模具技术的领头羊，占据了世界注射模具市场的半壁江山，他们拥有现代的设计方法和先进的模具制造设备，特别是近几年来这些国家把CAD/CAM/CAE系统作为模具工业发展的臂翼，其发展的趋势如日中天[2]。
2.国外发展情况
注塑模具设计，国外先进国家（日本、德国、美国等）从20世纪80年代中期已广泛使用计算机对塑料模进行辅助设计（CAD），辅助制造（CAM），并对模具设计的各个环节进行定量计算机和数值分析（CAE），已由经验数据逐步过渡到计算机设计，对模具浇注系统和型腔的熔料流动行为以及温度调节系统的热量分布都采用了微机辅助设计[1]。
注塑制品已呈现自动化生产，对注塑成型机可以进行远距离操作或无人操作，成型机可以根据生产监测信号实时调整成型工艺条件，从而能从根本上保证塑料制品的成型质量不发生问题[3]。
3.国内发展情况
80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。
在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。
我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。
成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。
在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。
近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。
虽然我国塑料模具在数量、质量、技术等方面有了很大进步，但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、复杂、长寿命的高档塑料模具每年仍需大量进口。
在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，造成极低的利润率。
出口的塑料模具以中低档产品居多。
由于我国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些目前需进口的技术含量高的大型、精密、长寿命模具，并大力开发国际市场。
随着我国塑料工业的快速发展，特别是工程塑料的高速发展，可以预计，我国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，近年内年增长率将保持15%以上的水平。
2.任务书
1.1本课题设计内容
本课题是常州隆翔汽车零部件有限公司的设计产品，与生产实际结合紧密。
本课题要求学生具有良好掌握注射模具结构和原理的基础，具有较好计算机操作应用及分析、解决实际问题的能力。
本课题主要工作内容：
1、充分利用图书馆、网络等资源，查阅和应用相关模具设计资料，为确定模具设计方案进行模具设计作好准备。
2、通过到常州隆翔汽车零部件有限公司进行技术调研，了解塑料件的技术要求、生产情况和一些注射模具结构，有利于培养学生理论联系实际的作风，有利于学生建立感性知识和进行注射模具设计。
3、运用Moldflow软件完成浇注系统的优化设计。
4、根据塑件的质量、重量和生产成本，确定型腔数量，选择注塑机型号并对注塑机的参数进行校核。
5、根据塑料熔体的流变行为和流道、型腔内各处的流动阻力通过分析得出充模顺序，同时考虑塑料熔体在模具型腔内被分流及重新熔合的问题和模腔内原有空气导出的问题，分析熔接痕的位置，决定浇口的数量和方位，对浇注系统、排气系统进行设计。
浇注系统设计内容：
根据塑件大小和形状进行流道布置、决定流道断面尺寸、对浇口的数量、位置、形式进行设计。
6、通过对塑件的整体结构工艺性分析，进行塑件分析计算，进行成型零部件、侧向抽芯机构、推出机构、导向机构的设计。
型腔设计主要内容：
（1）根据塑件形状、塑件使用要求、塑料的成型性能等确定型腔的总体结构，包括分型面的位置、进浇位置、排气位置、脱模方式等；
（2）从制造角度决定型腔是否采用组合式，若需组合，决定各构成零件之间的组合方式，详细地确定各零件的结构；（3）根据塑件尺寸和成型收缩率大小计算成型零件上对应的成型尺寸；（4）根据成型时的塑料熔体压力，对成型零件进行刚度和强度校核，决定其壁厚等尺寸。
导向机构的设计内容：
导柱和导向孔的尺寸、精度、表面粗糙度等的设计及导向零件的正确选用，导柱在模具上的布置和装固方式的确定等。
脱模机构的设计内容：
正确分析脱模力的大小和集中的部位，以选择合适的脱模方式和推顶位置，使脱模力得到均匀合理的分布，保证塑件在脱模过程中不变形、不擦伤。
7、根据塑料熔体的热学性能、型腔形状及布置，进行模温调节系统的设计。
8、绘制装配图和零件图，撰写设计说明书。
9、完成一篇与专业有关的外文翻译，要求通顺准确，字数3000-5000。
1.2本课题设计的要求
1、培养学生充分利用图书馆、网络等资源，查阅和应用相关模具设计资料的能力；
2、完成一篇与专业有关的外文翻译，培养学生查阅和翻译与专业有关的外文资料的能力，要求通顺准确，字数3000-5000；
3、进行技术调研，培养学生理论联系实际的作风，有利于学生建立感性知识和进行注射模具设计；
4、运用Moldflow软件完成浇注系统的优化设计；
5、通过对塑料件结构工艺性分析，论证并确定模具设计方案，完成模具总体装配图的设计、主要成型零件的设计和相关零件工艺性分析，用AutoCAD软件绘制装配图和零件图，综合并巩固大学四年所学的专业基础知识和专业知识，为以后走向工作岗位从事相关技术工作打下坚实的基础。
1.3本课题设计目的和意义
进一步加深注塑模具设计知识的认识，掌握塑料模具设计的方法和步骤，具备塑料模具设计的基本技能和运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。
了解塑料注射模具行业在国内外发展状况。
在学习了课本知识的基础上达到理论与实际相结合的升华，提高自己的独立动手能力。
3.塑件工艺分析
3.1塑件结构分析
该制品的外形为矩形，质量要求不高，结构也不算复杂，但制件较薄，属薄壳零件，成型时外力表面及尺寸精度要求不高，因此，在模具设计时采用注射成型。
塑件的结构如下：
3.2塑料成型性能（见表2-1）：
表2-1PE的主要技术指标[22]
塑料性能
数值
屈服强度/MPa
25
拉伸强度/MPa
27
断裂伸长率（%）
15-100
拉伸弹性模量/GPa
0.84-0.95
弯曲强度/MPa
27-40
弯曲弹性模量/Gpa
1.1-1.4
表面电阻率/Ω
-
体积电阻率/Ω·m
1×1013
耐电弧性/s
150
密度/（g·cm-3）
0.941-0.965
吸水率（%）
<0.01
摩擦系数
0.23
熔点（或粘流温度）/℃
105-137
熔融指数/[g（10min）-1]
190℃负荷21N，喷嘴φ2.09～0.37
维卡针入度/℃
121-127
马丁耐热/℃
-
热变形温度/℃（45Mpa）
60-82
线膨胀系数/（10-5×℃-1）
11-13
计算收缩率（%）
1.5-3.0
比热容/（J·kg-1·K-1）
2310
热导率/（W·m-1·K-1）
0.490
燃烧性/（cm·min-1）
很慢
其主要注射成型的工艺参数如下表所示：
序
号
塑料
项目
聚乙烯（PE）
1
注射机类型
螺杆式
2
螺杆转速/（r/min）
30-60
3
喷
嘴
形式
直通式
温度
180-190
4
料桶
温度
（℃）
前段
180-190
中段
180-200
后段
140-160
5
模具温度/℃
30-60
6
注射压力/MPa
70-100
7
保压力/MPa
40-50
8
高压时间/s
0-5
9
保压时间/s
15-60
10
冷却时间/s
15-60
11
成型周期/s
40-140
3.3PE材料的成型特性
1、聚乙烯的吸湿性很低（＜0.01%），除了加有吸湿剂外，在成型加工前，原料可以不必干燥。
2、在聚乙烯的加工中，选择合适的熔融流动速率相当重要。
3、聚乙烯的结晶能力高，使制品在冷却后的收缩高。
4、聚乙烯的熔体在空气中容易被氧化，而且温度越高氧化越严重，因此在加工中应尽量避免熔体与氧直接接触，以免大分子降解。
3.4塑件的精度确定
影响塑件尺寸精度因素十分复杂，主要有模具的制造精度、模制时由于工艺条件的变化引起成型收缩率的波动，同时由于磨损等因素会造成模具尺寸的不断变化，活动配合间隙的变化以及模制件脱模斜度都会影响塑料制件的精度。
塑件精度的确定应该合理，在满足使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。
塑件精度过高必然会增加模具的制造成本，因此是不恰当的。
关于塑件的尺寸精度和公差的国家标准GB/T14486-1993中PE公差等级的选用如下表:
材料代号
模塑材料
公差等级
标注公差尺寸
未注公差尺寸
高精度
一般精度
PE
聚乙烯
MT5
MT6
MT7
由于高精度要求较高，一般不宜选用，但是本制件的尺寸精度要求较高，所以公差等级不能选得太低，综合考虑公差等级选用MT6。
3.5塑件的表面粗糙度确定
塑件的表面的粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、波纹等外，主要由模具表面的粗糙度决定。
一般塑件的表面的粗糙度数值比模具表面的粗糙度数值低一级。
3.6塑件的填充模拟分析
目前Moldflow已经成为塑料模具分析领域的领导者，在国内外拥有大批的用户。
注塑成型已经成为大多数塑料制品的成型方式，Moldflow软件对注塑成型方式的模拟分析技术比较成熟。
塑件的流动模拟分析步骤：
（1）建立工程文件，
（2）导入模型（stl.格式）（3）设置网格参数，进行网格划分（4）网格检测（5）网格修补（6）材料选用（7）设置浇注系统（8）设置工艺参数（9）浇注系统优化（10）流动模拟分析（11）生成分析报告（分析图见下表）
4-2填充温度分析
4-3填充时间分析
4-4冷却时间分析
4-5填充分析
4模具的设计方案
4．1模具类型的选择
塑料成型方法一般分为熔体成型和固相成型两大类。
塑料的成型多是熔体成型，即把塑料加热到熔点以上，使之处于熔融态进行成型加
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